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벤젠(Benzene), 화학을 상징하는 육각형의 분자벤젠은 유기화학을 대표하는 가장 상징적인 분자다. 단순한 화합물 하나가 아니라, 현대 화학의 구조·산업·위험성을 모두 담고 있는 분자다. 2025년은 벤젠 발견 200주년으로, 대한화학회는 벤젠을 ‘2025년 올해의 분자’로 선정했다. 왜 벤젠이 특별한가?벤젠은 육각형 고리 구조를 가진 평면 분자다. 모든 탄소–탄소 결합이 동일한 길이와 성질을 가지며, 매우 안정적이다. 이 구조는 다음 이유로 화학의 상징이 되었다. - 공명 구조의 대표적 예시다. - 완벽한 대칭성과 평면성을 가진다. - 유기화학 구조식을 이해하는 기준점이다. 벤젠 고리는 유기화학에서 일종의 알파벳처럼 쓰인다. 아름답지만 위험한 분자벤젠은 국제암연구소(IARC)가 지정한 1군 ..

우리가 매일 들이마시는 공기 중 약 78%는 질소다. 하지만 정작 대부분의 사람은 산소만 떠올린다. 조용하고 눈에 보이지 않기 때문에 ‘존재감 없는 원소’처럼 느껴지지만, 질소는 지구의 역사와 생명, 산업 기술에 깊숙하게 얽혀 있는 매우 중요한 원소다. 질소라는 이름의 의미, 발견 과정, 화학적 특징, 그리고 현대 산업에서의 쓰임새를 알아보자. 질소라는 이름은 무슨 뜻일까?질소는 세계 각국에서 서로 다른 관점으로 이름이 붙었다.크게 보면 두 가지 관점이 있다. ✔ 숨을 막는 기체 한국·중국·일본에서 쓰는 ‘질소(窒素)’의 ‘질(窒)’은 막힌다. 숨이 멎는다는 뜻이다. 말 그대로 “호흡할 수 없는 기체”라는 의미다. 독일어 Stickstoff도 같은 관점이다. Stick(숨막히다) + Stoff(물..

“기적의 풀”로 불렸던 컴프리(Comfrey), 지금은 위험성 때문에 섭취 금지( 컴프리 영양 성분과 전통적 효능) 자연에서 만날 수 있는 식물 중에는 한때 ‘만병통치’로 불리며 사랑받았다가, 연구 결과에 따라 사용이 제한된 사례가 있다. 컴프리(Comfrey)가 대표적이다. 컴프리(Comfrey)란 무엇인가?컴프리는 지치과(Boraginaceae) 식물로 유럽이 원산지다. 예전에는 가정에서도 흔히 재배했지만 지금은 국내에서도 귀화하여 들판에서 자라곤 한다. 잎은 길고 타원형이며 거친 털이 촘촘히 덮여 있다. 성체는 약 90~100cm 정도까지 성장하는 튼튼한 식물이다. 컴프리 영양 성분컴프리는 영양이 풍부해 과거에는 채소처럼 먹기도 했다. - 단백질 - 칼슘·칼륨 같은 무기질 - 다양한 비타민 ..

이번 강의는 이후 모든 유기 반응을 이해하는 데 기초가 되는 핵심 개념들이 등장한다. 특히 첨가‧제거‧치환‧자리옮김이라는 네 가지 반응 종류는 앞으로 배울 메커니즘의 기본 틀이 되므로 확실히 개념을 잡아두는 것이 중요하다. 유기 반응을 분류하는 네 가지 큰 틀전 세계 연구자들이 발견한 수많은 유기 반응은 결국 4가지 범주로 정의할 수 있다. - 첨가 반응(Addition) - 제거 반응(Elimination) - 치환 반응(Substitution) - 자리옮김 반응(Rearrangement) 이 네 가지 분류만 정확히 이해해도 유기화학 책 수백 페이지를 구조적으로 바라볼 수 있게 된다. 첨가 반응(Addition Reaction)● 핵심 개념 다중 결합(이중·삼중결합)을 가진 분자에 다른 물질..

거울상 이성질체란?- 정의 : 분자가 중심 탄소(흔히 키랄 탄소, chirality center)를 가질 때, 그 탄소에 결합한 4개의 치환기(치환기 A, B, C, D)가 모두 서로 다르면 그 탄소는 거울상 이성질체를 만들 수 있다. - 특징 : 두 분자는 서로의 거울상처럼 보이지만 겹쳐지지 않음 → 서로 다른 화합물로 취급된다. 사람의 왼손과 오른손처럼 대칭적이지만 중첩 불가한 관계다. 거울상 이성질체가 생기기 위한 조건 중심 탄소는 sp³ 혼성 상태(정사면체)여야 한다. 그 탄소에 결합한 4개의 치환기가 서로 달라야 한다. 위 두 조건이 충족될 때 거울상 이성질체(쌍)가 존재한다. 거울상 이성질체 예시와 판별법평면 도형을 입체로 그려서, 거울에 비춰본 상과 비교한다. 또는 분자를 180° 회전..

탄소(Carbon, C) ; 우주 생명과 물질 문명을 만든 원소탄소는 원자번호 6번이다.인류가 가장 오래전부터 사용해 온 원소다. 석탄이나 숯과 같이 선사시대부터 연료로 쓰여 왔기 때문에 최초 발견자를 특정할 수도 없다. 이름 또한 라틴어 carbo(석탄)에서 유래했다. 그러나 단순히 오래된 원소라는 이유만으로 탄소가 특별한 것은 아니다. 흑연과 다이아몬드는 같은 원소이지만 완전히 다른 세계다. 탄소의 대표적인 두 동소체인 흑연과 다이아몬드는 하나의 원소가 얼마나 극단적인 형태로 변할 수 있는지 보여준다. 결합 방식이 다를 뿐인데 성질은 완전히 반대가 된다. 탄소의 결합 구조가 갖는 다양성과 가능성은 이처럼 비범하다. 이처럼 극단적인 차이를 보이는 이유는 결합 방식과 방향성이 완전 다른 구조를 ..

사이클로알케인은 알케인의 한 종류이지만, 고리 구조를 가진다는 점에서 구조와 성질이 달라지므로 명확히 구분할 필요가 있다. 알케인 복습 : 포화 탄화수소알케인(alkane)은 다음 특징을 가진다.모든 C–C 결합은 단일결합모든 탄소는 수소로 완전히 포화분자식 : CₙH₂ₙ₊₂ sp³ 혼성화 → 결합각 약 109.5° → 지그재그 사슬 구조 사이클로알케인(cycloalkane)의 정의사이클로알케인은 알케인과 같은 포화 탄화수소이지만, 탄소 사슬이 고리(ring) 형태로 연결된 구조이다.모든 C–C 결합은 단일결합sp³ 혼성화 탄소로 구성분자식 : CₙH₂ₙ고리가 형성되면서 말단 탄소가 사라지기 때문에 일반 알케인의 +2 수소가 빠지며 분자식이 바뀐다. 대표적인 사이클로알케인사이클로프로페인 (탄소수..

헬륨은 풍선을 띄우는 가벼운 기체 정도로만 알려져 있지만, 실제로는 현대 과학기술의 핵심에 자리한 매우 독특한 원소다. 헬륨의 발견 과정, 물리적 특성, 산업적 활용, 그리고 미래 에너지로서의 가능성까지 하나씩 정리해본다. 태양에서 먼저 발견된 유일한 원소헬륨은 지구에서 발견되기 전에 태양에서 먼저 존재가 확인된 특이한 원소다. 19세기 후반, 천문학자들은 태양 빛을 분광기로 분석하던 중 기존 원소에서 볼 수 없던 노란색 스펙트럼 선을 발견했고, 이를 새로운 원소로 판단해 ‘헬리오스(태양)’에서 이름을 따 헬륨이라 명명했다. 이후 라듐 등 방사성 물질을 연구하던 중 실제 헬륨이 분리되며 지구에도 존재한다는 것이 밝혀졌다. 헬륨의 물리적 특징헬륨은 지구에서 두 번째로 가벼운 원소로, 무색·무취·..

이번 제3강에서는 유기화학의 가장 기초가 되는 알케인(Alkane)과 입체화학의 시작점, 그리고 유기화합물의 반응성을 결정하는 작용기(Functional group)에 대해 정리해보겠다. 작용기란 무엇인가?유기화합물은 구조가 매우 다양하지만, 실제로 우리가 가장 중요하게 보는 것은 그 화합물이 어떤 반응성을 가지는가이다. 유기 분자 안에서 화학 반응이 주로 일어나는 특정 부위를 우리는 작용기(Functional group)라고 한다. 구조가 서로 다르더라도 같은 작용기를 가진 분자들은 비슷한 성질과 반응성을 보인다. 따라서 유기화학에서는 수많은 화합물을 작용기별로 분류하여 공부하게 된다. 탄소와 수소만으로 이루어진 기본 골격 : 탄화수소(1) 알케인(Alkane) 가장 단순한 탄화수소로, 탄소–탄소 ..

유기화학의 기본 개념을 이해하기 위해서는 전기음성도, 극성 공유결합, 쌍극자 모멘트를 확실히 이해해야 한다. 아래는 해당 강의 내용을 핵심만 뽑아 정리한 것이다. 전기음성도(Electronegativity)란?공유결합을 하고 있는 두 원자가 있을 때, 다른 원자와 공유하는 전자(공유전자쌍)를 잡아끄는 힘의 정도를 의미한다. 값이 클수록 전자를 더 강하게 끌어당긴다. 상대적인 값이며, 불소(F)가 4.0으로 가장 크다. 🔹 주기율표에서의 전기음성도 경향 오른쪽, 위쪽으로 갈수록 증가한다. 즉, 주기율표 오른쪽 위(할로겐·비금속)가 전기음성도가 크다. 🔹 유기화학에서 꼭 외워야 할 원자들의 전기 음성도 F (4.0) > O (3.5) > N (3.0), Cl (3.0) > C (2.5) > H (2..

유기화학을 처음 접하는 사람도 이해하기 쉽도록 유기화학의 정체가 무엇인지, 그리고 앞으로 배우게 될 구조와 결합의 기초 개념을 정리해본다.유기화학은 어떤 과목인가?화학은 유기화학, 무기화학, 물리화학, 분석화학, 생화학으로 크게 다섯 분야로 나뉜다. 이 중에서도 가장 큰 두 축이 유기화학과 무기화학이다. - 유기화학 : 탄소(C)를 포함한 화합물을 다루는 학문 - 무기화학 : 탄소(C)가 없는 물질(금속·비금속)을 다루는 학문 탄소는 살아있는 생명체(유기체)의 기본 구성 원자라서, 생명체 관련 물질 대부분은 탄소를 포함한다. 따라서 유기화학은 생명, 약물, 고분자, 천연물, 신소재를 다루는 핵심 학문이라고 할 수 있다. 유기화학의 궁극적 목표는 합성이다. 즉, 탄소 기반 물질을 조합해 의약품, 천연물,..

무기화학에서는 다양한 반응에서 기체가 생성된다. 이 중 가열이 필요 없는 반응은 시험에서 자주 등장하고, 암기량도 많아 헷갈리기 쉽다. 하지만 원리를 이해하면 어렵지 않게 정리할 수 있다. 아래는 대표적인 네 가지 반응 유형과 기체 발생 원리를 요약한 것이다. 1. 산 + 금속 → 수소 기체(H₂) 발생(1) 원리 금속의 이온화 경향이 수소보다 크면, 산과 만나 전자를 잃고 산화되면서 수소 기체가 발생한다. (2) 예시 Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑ (아연은 수소보다 이온화 경향이 크므로 수소 발생) (3) 핵심 포인트 수소보다 이온화 경향이 큰 금속만 수소를 발생시킨다. Cu, Ag, Au 등은 산과 반응해 수소를 만들지 못한다. 2. 강산에 의한 약산의 유리강산이 약산의 염에서 약..

무기화학에서 자주 헷갈리는 두 기체가 있다. 바로 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO₂)다. 둘 다 질소와 산소로 이루어진 기체이지만, 제조 방법, 색, 반응성, 물에 대한 성질, 포집법이 모두 다르기 때문에 확실히 구분해야 한다. NO와 NO₂의 제조법 (구리 + 질산)산화질소는 묽은 질산 또는 진한 질산에 구리를 넣어 반응시켜 만든다. 산화력이 큰 질산이 Cu를 강제로 산화시키면서 산화질소가 생성된다.1. 묽은 질산(HNO₃) + Cu → NO 생성묽다 = 산소 수가 적다 → 산소 1개 → NO 반응식 : 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O 생성 기체 : 무색 일산화질소(NO) 2. 진한 질산(HNO₃) + Cu → NO₂ 생성진하다 = 산소가 많다 → 산소 2..

황 이온(S²⁻)은 여러 금속 이온과 만나면 특징적인 황화물 침전을 만든다. 하지만 어떤 금속이 어떤 조건(산성/중성/염기성)에서 침전을 만들며, 침전색이 무엇인지 정확하게 구분하는 것이 매우 중요하다. 아래는 학습에 필요한 부분만 압축한 완전 정리본이다. 황화 이온(S²⁻)이 어떻게 생기는가?주로 황화수소(H₂S) 기체를 물에 녹여 수용액에서 S²⁻ 형태로 존재한다. 이 S²⁻가 금속 이온과 반응해 특유의 색을 가진 황화물 침전을 만든다.H₂S + 금속이온 → 침전황화물 침전 반응은 pH 조건에 따라 크게 두 그룹으로 나뉜다. 여기서 색깔이 금속별로 달라서 암기가 중요하다. 1. 산성·중성·염기성 모두에서 침전되는 금속 이온(구리, 은, 납) 산성에서도 잘 침전됨 → 대부분 검은색 침전 (대표: Cu..

6류 위험물(산화성 액체)은 자체적으로 산소를 방출해 다른 물질의 연소를 돕는 위험물이다. 겉보기엔 그냥 액체처럼 보이지만, 내부적으로 높은 산소 함량과 불안정한 결합을 가지고 있어 열·충격·오염 등 작은 자극에도 폭발적 분해가 일어날 수 있다. 대표적인 물질은 다음과 같다. ▷ 과산화수소(H₂O₂) ▷ 유기 과산화물(벤조일 퍼옥사이드 등) ▷ 퍼옥사이드계 산화제들 6류 위험물의 기본 성질1) 산소를 다량 함유한 ‘조연성 물질’ 6류 위험물은 자체적으로 산소(O)를 다량 포함한다. 겉으론 액체지만 내부적으로는 발열·분해 반응이 항상 진행될 준비가 되어 있다. 조연성이란 자신은 타지 않지만 다른 물질이 타도록 돕는 성질을 말한다. 산소를 방출하기 때문에 주변 가연물이 있을 경우 화재가 쉽게 확대된다. ..

최근 중국에서 예상치 못한 발표가 하나 나왔다. 세계 최초로 사막 한가운데서 토륨 기반 용융염 원자로 실험에 성공했다는 소식이었다. 물 한 방울 없는 고비사막에서 원전을 가동했다는 점 때문에 세계가 크게 놀랐다. 우라늄 원전을 완전히 대체할 수 있는 차세대 기술 "토륨 원자"로가 무엇이고, 왜 중요하며, 기존 원전과 무엇이 다른지 정리해본다. ■ 토륨이란 무엇인가?토륨(Thorium)은 원자번호 90번에 해당하는 은회색의 방사성 금속으로, 자연계에서 비교적 흔하게 발견되는 원소다. 지각에 존재하는 양만 놓고 보면 우라늄보다도 더 풍부하며, 주로 일메나이트나 모나자이트 같은 광물 속에서 산출된다. 토륨은 기본적으로 약한 방사성을 지닌 금속이지만, 안정성이 높고 열적 성질이 뛰어나 미래 에너지 자원으..

발효와 부패, 같은 시작 다른 결과요즘 건강과 음식 이야기를 하다 보면 반드시 등장하는 단어가 있다. 그것은 바로 발효다. 된장, 고추장, 치즈, 요구르트, 김치처럼 우리 식탁에 익숙한 음식들 대부분은 발효 과정을 거쳐 만들어진다. 그런데 이 발효라는 과정은 사실 부패와 매우 비슷하다. 둘 다 미생물이 음식 속 성분을 분해하는 과정이기 때문이다. 그렇다면 뭐가 다른가? 결론부터 말하면 몸에 이로운 변화가 일어나면 발효, 반대로 해로운 변화가 일어나면 부패라고 부른다. 같은 미생물이라도 어떤 재료를 만나고, 어떤 상황에서 작용하느냐에 따라 결과는 완전히 달라진다. 효모와 발효 ; 건강한 빵의 핵심빵의 역사는 매우 길다. 사람이 곡식을 먹기 시작하면서부터 발효는 자연스럽게 발견되었고, 그 중에서도 효모..

전 세계가 전기차로 달려가고 있다. 전기 배터리에 필요한 핵심 금속, 니켈·코발트·망간 같은 금속 자원은 이제 나라의 기술력과 경제안보를 좌우하는 자원이 되었다. 그런데 땅에서 캐는 자원은 한계가 있다. 특히 코발트는 콩고 등 특정 국가에 편중되어 있어서 공급망 리스크가 컸다. 최근 다시 주목받는 자원이 있다. 바로 바닷속 4,000m 심해에 널려 있는 검은 감자 모양의 돌. 이름은 망간 단괴다. 여기에 니켈, 구리, 코발트 등 40여 종의 금속 성분이 농축되어 있다. 말 그대로 ‘검은 황금’이다. 일본이 발표한 대규모 매장지일본 오가사와라 제도 인근 심해에서 약 2억 3천만 톤 규모의 망간 단괴가 확인되었다는 소식이 전해졌다. 일본은 이 자원만 제대로 확보해도 코발트만 놓고 70년 이상..

5류 위험물 개요5류 위험물은 자기반응성물질류이며 외부 산소의 도움 없이도 약간의 충격과 가열에 의해 자기분해, 폭발, 발화가 가능하다. 또한 다른 약품과의 접촉 시 폭발하기도 한다.지정수량은 10kg (일반 기준)이다. 5류 위험물 기본 개념외부 산소 없이 자기분해가 가능하여, 열·충격·마찰에 의해 폭발하거나 발화한다. 산화제를 포함하는 산화성 물질(1류)과 달리, 스스로 분해하면서 에너지를 방출한다. 장기간 공기 노출 시 산화반응에 의해 자연발화를 일으킬 수 있다. 대부분 질소를 포함한 유기화합물이다. 온도, 충격, 마찰에 매우 민감하므로 저온(냉암소)에서 저장·취급해야 한다. 5류 위험물 분류 및 대표 물질 유기과산화물 과산화벤조일, 메틸에틸케톤퍼옥사이드가 대표 물질이다. 산소를 다량 포함, ..

현대인은 편리함과 내구성을 위해 수많은 화학물질 속에서 살아간다.문제는 그중 일부가 결코 우리 몸에서 사라지지 않는다는 점이다.‘영원한 화학물질’이라 불리는 과불화화합물(PFAS)이 대표적이다.이 물질은 방수 의류, 가죽 소파, 전자제품, 주방용품 등 어디에나 쓰인다.분해되지 않고 축적되며, 결국 우리의 식탁까지 흘러 들어온다. 과불화화합물(PFAS), 몸속에 쌓이는 ‘영원한 독’ 과불화화합물(PFAS)을 피파스라고 하는데 PFAS는 무려 4천 종 이상 존재하며, 그중 일부만이 관리 대상이다. 우리 생활에 밀접하게 접하는 방수 의류, 가죽 소파 등의 방수 능력이 탁월한 제품 등이 있다. 대표적인 종류인 PFOA와 PFOS는 체내에 들어온 후 절반이 배출되기까지 약 5년이 걸린다. 즉, 매일 조금씩 ..

제4류 위험물이란?제4류 위험물은 인화성 액체를 의미한다. 즉, 불이 잘 붙고, 증기가 공기와 섞이면 폭발할 수 있는 액체들이다. 대표 물질 : 휘발유, 경유, 등유, 아세톤, 톨루엔, 메탄올 등대부분이 생활 속에서도 쉽게 접할 수 있는 물질이다. 화재 위험이 높고, 폭발로 이어질 수 있다. 제4류 위험물이 위험한 이유1. 낮은 인화점 대부분 인화점이 낮다 → 조금만 온도가 올라가도 불이 붙음 휘발유 인화점: 약 -43℃ 등유 인화점: 약 38~60℃ 경유 인화점: 약 50~100℃ 2. 공기보다 무거운 유증기 인화성 액체는 증기를 만든다 → 유증기(증기 상태의 가연성 물질) 이 유증기가 공기보다 무겁기 때문에 바닥이나 낮은 곳에 모인다. 작은 불꽃, 정전기, 스파크에도 순식간에 폭발할 수 있다. ▶ ..